JP6655165B2 - インダクタおよびインダクタアッセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱用のインダクタであって、フィード導体およびリターン導体と、第１の巻き方向を有する少なくとも１つの主巻線を有する主巻線部とを備えるインダクタに関する。

さらに本発明は、インダクタアッセンブリであって、少なくとも２つの誘導加熱用のインダクタを備え、インダクタは、それぞれ、フィード導体およびリターン導体と、第１の巻き方向を有する少なくとも１つの主巻線を有する主巻線部とを有する、インダクタアッセンブリに関する。

この種のまたはこれに類する種のインダクタは、例えば米国特許第３１０８１６９号明細書（US3,108,169）、ＤＥ１１２０１１１０２６８１Ｔ５（特開２０１２−３８６２２号公報）、ＤＥ６９３１９３１１Ｔ４、米国特許出願公開第２００７／００６８４５７号明細書（US2007/0068457 A1）において公知である。

さらに本発明は、それぞれ別々の励起ユニットに接続されている複数のインダクタを用いて複数の対象物を誘導加熱する方法に関する。

インダクタは、種々異なる産業上の用途、例えば溶融、蒸発または誘導蒸発の運転に利用される。隣り合うインダクタの運転は、インダクタが磁気的に結合されているため、しばしば、ジェネレータ、すなわち励起ユニットにおける障害を引き起こす。これにより、接続されたジェネレータが互いに影響を及ぼし合い、ジェネレータの出力は、これにより、もはや任意に制御できなくなってしまう。

本発明の課題は、互いに小さな間隔を置いて配置された２つ以上のインダクタの申し分ない運転を可能にするインダクタおよびインダクタアッセンブリを提供することである。

本発明の第１の態様によれば、上記課題は、誘導加熱用のインダクタであって、フィード導体およびリターン導体と、主巻線部と、を備え、主巻線部は、第１の巻き方向を有する少なくとも１つの主巻線を有し、主巻線部の両端部には、第１の巻き方向とは反対の巻き方向を有する逆巻線部が接続されている、インダクタにより解決される。主巻線部は、逆巻線部に直列接続により互いに直接接続されている。逆巻線部と主巻線部とは、互いに同心に配置されている。その際、逆巻線部と主巻線部とは、ともに略柱状の形状を呈する。主巻線部は、少なくとも１つの逆巻線部より多い巻き数を有する。これにより、主巻線部の磁界には、反対に方向付けられた磁界が重畳される。主巻線部の磁界の伝播は、インダクタの外部空間において、特に逆巻線部のところで変更される。これにより、インダクタの外部空間における漂遊磁界は、明らかに弱められる。隣り合うインダクタ間の相互インダクタンスは、減じられる。

その際、主巻線部は、好ましくは、物体の誘導加熱に好適であり、特に相応に構成されている。好ましくは、主巻線部は、十分な大きさの内径を有し、その結果、加熱予定の物体を内部に配置することができるように構成されている。

少なくとも１つの逆巻線部は、単数または複数の不完全または完全な巻回を有することができる。単数または複数の不完全な巻回は、逆巻線部の作用範囲が調整可能であるという利点を有する。複数の巻回を有する構成は、逆巻線部の作用を強めることができる。特に逆巻線部は、インダクタの外部空間における漂遊磁界を減少させるように設計されていることができる。

主巻線部は、螺旋形に構成、特に主巻線部は、少なくとも１つの逆巻線部とともに螺旋形に構成されていることができる。代替的には、主巻線部は、または主巻線部および逆巻線部は、長方形または正方形の断面を有していてもよい。主巻線部および逆巻線部は、円錐形または楕円形であっても、別の形状を呈していてもよい。特に主巻線部および／または逆巻線部は、メルティングポットまたは蒸発ポットを収容するに好適であるように形成されていることができる。

さらに、長方形または正方形の加熱すべき物体を、一定の連結間隙を置いて収容するようにしてもよい。

少なくとも１つの逆巻線部は、少なくとも主巻線部と同じか、またはそれよりも大きい直径を有していてもよい。しかし、このとき、主巻線部および逆巻線部は、略柱状の形状を維持していることが望ましい。逆巻線部のより大きい直径により、インダクタの外部空間における主巻線部の磁界の伝播は、さらに強く変更され得る。

主巻線部は、少なくとも１つの逆巻線部に直列接続により接続されていることができる。すなわち逆巻線部と主巻線部とは、電気的に直列に接続されていることができる。このことは、主巻線部内を流れる交流が同じ位相で逆巻線部内も流れ、これにより、インダクタの外部空間における主巻線部の磁界の伝播が最大限変更されるという利点を有する。

主巻線部は、少なくとも１つの逆巻線部より多い巻き数を有することができる。これによりインダクタは、誘導加熱を実施するに特に好適である。

フィード導体とリターン導体とは、平行に、特に部分的に１ｃｍ未満の間隔を置いて案内されていることができる。特にフィード導体とリターン導体との間の間隔は、できる限り小さく構成されていることができる。フィード導体とリターン導体との間には、絶縁体が配置されていることができる。しかし、空気または真空以外の絶縁体は、必ずしも必要というわけでない。

フィード導体とリターン導体とを平行に案内することで、フィード線路長を制限することができる。これにより、フィード線路内に生じる漂遊磁界は、少なく、相応に損失は、少なくなる。フィード導体とリターン導体との間の小さな間隔により、フィード線路のインダクタンスは、最小化され得る。漂遊磁界は、減じられることができる。同様に電圧損失も、減じられることができる。さらにフィード線路の望ましくない磁界は、できる限り小さな空間に制限可能である。絶縁体の使用により、フラッシオーバは回避可能である。特に絶縁体の使用により、フィード導体とリターン導体との間の所定の間隔が実現可能である。

フィード導体および／またはリターン導体は、逆巻線部に、主巻線部の長手方向軸線に対して平行に延在するインダクタ部分により接続されていることができる。特にインダクタ部分は、フィード導体および／またはリターン導体に対して略直角に延在することができる。

その際、インダクタ部分は、主巻線部外に配置されていることができる。これにより、加熱すべき物体は、インダクタ部分が邪魔になることなく、主巻線部内に配置され得る。

インダクタは、腐食を回避すべく、コーティングを有していてもよい。特にコーティングは、ポリマーであってもよい。

インダクタは、管から形成されていることができる。これによりインダクタは、冷却液、特に冷却水を貫流させるに好適である。ジュール損は、この場合、冷却水により導出可能である。

インダクタは、銅から形成されていることができる。これによりインダクタのオーム抵抗は、最小化される。インダクタの冷却水中のジュール損は、これにより最小化され得る。

フィード導体およびリターン導体の端部には、励起ユニットとの接続用のそれぞれ１つの端子が設けられていることができる。その際、励起ユニットは、冷却液、特に冷却水を供給する装置を有していてもよい。相応に、励起ユニットとの接続用の端子は、冷却液用端子としても形成されていることができる。

端子を介してインダクタは、ジェネレータ、特に励起ユニットに接続可能である。これによりインダクタには、端子を介して交流と冷却水とが供給可能である。

さらに本発明の範囲内には、インダクタアッセンブリであって、少なくとも２つの誘導加熱用のインダクタを備え、インダクタは、それぞれ、フィード導体およびリターン導体と、主巻線部とを有し、主巻線部は、第１の巻き方向を有する少なくとも１つの主巻線を有し、主巻線部の少なくとも一方の端部には、第１の巻き方向とは反対の巻き方向を有する逆巻線部が接続されており、インダクタは、それぞれ、励起ユニットに接続されており、インダクタの軸線は、互いに、好ましくは、直径またはインダクタの長さのどちらが大きいかに応じて、直径またはインダクタの長さの値の５倍未満の間隔を有する、インダクタアッセンブリが含まれる。直径とは、主巻線部の直径を意味する。インダクタの長さは、逆巻線部と、軸方向での主巻線部の長さとを含めたインダクタの軸方向の長さである。

このようなインダクタアッセンブリにより、インダクタに接続されている励起ユニットに大きな影響を及ぼすことなく、インダクタを比較的近接に並べて配置することが可能である。これにより励起ユニットの出力は、制御可能なまま維持される。

インダクタの少なくとも１つは、本発明に係るインダクタとして形成されていることができる。すなわち主巻線部の両端部に逆巻線部を有していることができる。

少なくとも２つのインダクタのフィード導体およびリターン導体は、互いに平行に延びていることができる。これにより、１つのインダクタのフィード線路およびリターン線路が互いに平行に延びている際にも達成される利点が、達成可能である。

少なくとも２つのインダクタの端子は、一接続平面内に配置されていてもよい。特に少なくとも２つのインダクタの主巻線部は、接続平面に対して同じ間隔を置いて配置されていてもよい。接続平面は、インダクタのフィード線路の始端またはリターン線路の終端に存在する仮想面である。接続平面からインダクタの主巻線部までの間隔は、フィード線路またはリターン線路の長さに等しいか、またはそれよりも短いことができる。

これとは異なりまたはこれに加えて、少なくとも２つのインダクタの主巻線部は、接続平面に対して互いに異なる間隔を置いて配置されていてもよい。

少なくとも１つの励起ユニットは、少なくとも１つのコンデンサを有する外部回路を有し、外部回路は、コンデンサが、励起ユニットに接続されるインダクタとともに発振回路、特に並列発振回路の少なくとも一部を形成するように構成されていてもよい。発振回路、特に並列発振回路内でのインダクタの運転は、励起ユニットがインダクタ電流より小電流を提供すればよいことを可能にする。

隣り合うインダクタに配設された励起ユニットは、隣り合うインダクタが互いに異なる周波数で動作するように構成されていてもよい。この場合、一方の励起ユニットの周波数は、他方の励起ユニットの周波数の約２倍であることができる。あるいは一方の励起ユニットの周波数は、他方の励起ユニットの周波数の２倍より大きい、特に２．５倍より大きい、または有利には他方の励起ユニットの周波数の３倍より大きいことができる。

励起ユニットは、発振回路の共振周波数に相当する励起周波数で動作するように構成されていてもよい。この場合、周波数は、典型的には、２ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの範囲、特に５ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの範囲にあることができる。特に好ましくは、周波数は、ちょうど８．２ｋＨｚまたは２２ｋＨｚにあることができる。

励起周波数が発振回路の共振周波数に等しいとき、励起ユニットは、共振周波数で、加熱のために必要な有効電力さえ提供すればよい。電磁界を作る無効電力は、発振回路自体が提供する。

インダクタ内、特に主巻線部内には、金属を溶融、特に蒸発させるポットが配置されていていることができる。

さらに本発明の範囲内には、それぞれ別々の励起ユニットに接続されている複数のインダクタを用いて複数の対象物を誘導加熱する方法であって、インダクタは、それぞれ、フィード導体およびリターン導体と、第１の巻き方向を有する少なくとも１つの主巻線を有する主巻線部とを有する、方法が含まれる。その際、第１の励起ユニットを第１の周波数で運転し、第２の励起ユニットを第１の周波数とは異なる第２の周波数で運転する。第２の周波数は、第１の周波数の少なくとも２倍であることができる。特に第１の周波数は、２〜１５ｋＨｚ、好ましくは５〜１０ｋＨｚの範囲、とりわけ特に好ましくは、ちょうど８．２ｋＨｚにあることができる。第２の周波数は、１５〜５０ｋＨｚ、特に１８〜２５ｋＨｚの範囲、好ましくはちょうど２２ｋＨｚにあることができる。

２つの隣り合うインダクタは、互いに異なる周波数で運転可能である。インダクタが本発明に係るインダクタとして形成されている場合、インダクタは、互いに大きな影響を及ぼし合うことなく、互いに異なる周波数で運転可能である。

少なくとも２つのインダクタは、交互に異なる周波数で運転可能である。

接続平面に対して同じ間隔を置いて配置されているインダクタは、同じ周波数で運転可能である。

接続平面に対して互いに異なる間隔を置いて配置されている主巻線部を有するインダクタは、互いに異なる周波数で運転可能である。

本発明の別の特徴および利点は、本発明にとって重要な特徴を示す図面を参照しながら説明する以下の詳細な説明および本発明の実施例ならびに特許請求の範囲から看取可能である。図面に示す特徴は、正しい縮尺で図示されていると解する必要はなく、本発明の特徴を明確に視認できるように図示したものである。種々の特徴は、それ自体単独でも、複数の特徴の任意の組み合わせても、本発明の変化態様をなし得る。

概略図に本発明の実施例を示し、以下に詳しく説明する。

インダクタの一実施の形態の斜視図である。 図１に示したインダクタの平面図である。 インダクタアッセンブリを示す図である。

図１は、１つの主巻線部２と、２つの逆巻線部３，４とを備えるインダクタ１を示している。主巻線部２は、第１の巻き方向を有する主巻線５を有している。逆巻線部３，４は、反対の巻き方向を有している。逆巻線部３，４は、主巻線部２の互いに反対側に位置する端部に存在している。図示の実施例では、主巻線部２の主巻線５と、逆巻線部３，４とは、同じ直径を有している。しかし、逆巻線部３，４が主巻線部２の主巻線５より大きい直径を有していてもよい。しかし、この場合、主巻線部２と逆巻線部３，４とは、略柱状の形状を呈していることが望ましい。インダクタ１は、主巻線部２と逆巻線部３，４とを含む長さｌを有している。

逆巻線部３，４は、図示の実施例では、一巻きの略完全な巻回を有する。しかし、逆巻線部３，４が一巻きの巻回の一部しか有しないことも可能である。

逆巻線部３，４は、主巻線部２に電気的に直列に接続されている。この直列接続は、逆巻線部３，４が主巻線部５に、１８０°の変向を生じるインダクタ部分６，７により接続されていることで達成される。

逆巻線部４は、フィード導体８に接続され、逆巻線部３は、インダクタ部分９を介してリターン導体１０に接続されている。インダクタ部分９は、リターン導体１０の延在方向に対して略垂直に、かつ主巻線部５の外を延びている。フィード導体８およびリターン導体１０は、端子１１，１２に接続されている。端子１１，１２は、励起ユニットへの接続に用いられるが、冷却媒体回路への接続にも用いられる。

特に、図１の平面図である図２からは、フィード導体８とリターン導体１０とが、近接して並べて配置されており、大部分、互いに平行に延びていることが看取可能である。さらに、逆巻線部３，４と主巻線部２とが互いに同心に配置されていることが看取可能である。内部空間１３内には、加熱すべき物体またはメルティングポットを配置することができる。

フィード導体８とリターン導体１０との間には、絶縁体１４が配置されていてもよい。さらに図１および２には、主巻線部２が逆巻線部３，４とともに略柱状に構成されていることが看取可能である。主巻線部２は、逆巻線部３，４より多い巻き数を有する。上述のインダクタ部分９も、フィード導体８を逆巻線部４に接続しているインダクタ部分１５も、主巻線部２の長手方向軸線に対して平行に延びている。

図３は、図示の実施例では、３つのインダクタ１，１ａ，１ｂを備えるインダクタアッセンブリ１００を示している。インダクタ１，１ａ，１ｂは、図１に示したように形成されている。しかし、インダクタ１，１ａ，１ｂは、主巻線部５の一方の端部に１つの逆巻線部だけが設けられているように形成されていてもよい。さらにインダクタ１，１ａ，１ｂは、それぞれ異なって形成されていてもよい。すなわち、例えばインダクタ１は、２つの逆巻線部を主巻線部の互いに反対側に位置する端部に有するように設けられていてもよい。そして１つのインダクタは、主巻線部の一方の端部にのみ逆巻線部を有するように設けられ、例えば第３のインダクタは、逆巻線部を有しないように設けられていてもよい。ここでは任意の変化態様が可能である。しかし、インダクタの少なくとも１つは、漂遊磁界を減少させ、かつインダクタ１を近接して並べて配置することができるように、少なくとも１つの逆巻線部を有していることが望ましい。

この場合、隣り合う２つのインダクタ１および１ａあるいは１ａおよび１ｂの主巻線部２の長手方向軸線間の間隔ｄは、好ましくは、インダクタ１，１ａ，１ｂの主巻線部２の直径Ｄまたはインダクタ１の長さｌの５倍未満である。

図示の実施例では、インダクタ１，１ａ，１ｂのフィード導体８およびリターン導体１０が平行に延びること、すなわち１つのインダクタ１のフィード導体８およびリターン導体１０だけでなく、すべてのフィード導体８およびすべてのリターン導体１０も互いに平行に延びることが看取可能である。インダクタ１，１ａ，１ｂは、それぞれ、励起ユニット１０１，１０２，１０３に接続されている。励起ユニット１０１ないし１０３により、インダクタ１，１ａ，１ｂには、冷却液も供給される。励起ユニット１０１ないし１０３は、互いに独立的に動作し、互いに異なる励起周波数を有する交流を発生させることができる。その際、例えば励起ユニット１０１は、第１の励起周波数を発生させ、励起ユニット１０２は、第２の励起周波数を発生させることができる。第２の励起周波数は、特に第１の励起周波数の約２倍であることができる。特に励起ユニット１０１ないし１０３は、互いに異なる励起周波数を発生させることができる。

励起ユニット１０１ないし１０３はすべて、同じ接続平面ｅ内に配置されている。隣り合うインダクタ１および１ａならびに１ａおよび１ｂの主巻線部２は、接続平面ｅに対して互いに異なる間隔を置いて配置されている。インダクタ１および１ｂの、互いに遠く離れて配置される主巻線部２は、接続平面ｅに対して同じ間隔を置いて配置されている。

励起ユニット１０１は、コンデンサを有する外部回路１０４を有し、外部回路１０４は、コンデンサが、励起ユニット１０１に接続されるインダクタ１とともに発振回路、特に並列発振回路の少なくとも一部を形成するように構成されている。すべての励起ユニット１０１ないし１０３は、このような外部回路を有していることができる。

図３に略示するように、インダクタ１，１ａ，１ｂ内には、金属を溶融させるポット１１０ないし１１２が配置されている。

Claims (14)

1. インダクタアッセンブリ（１００）であって、
   少なくとも２つの誘導加熱用のインダクタ（１，１ａ，１ｂ）を備え、
   前記インダクタ（１，１ａ，１ｂ）は、それぞれ、フィード導体（８）およびリターン導体（１０）と、主巻線部（２）とを有し、前記主巻線部（２）は、第１の巻き方向を有する少なくとも１つの主巻線（５）を有し、前記主巻線部（２）の少なくとも一方の端部には、前記第１の巻き方向とは反対の巻き方向を有する逆巻線部（３，４）が接続されており、前記各インダクタ（１）は、それぞれ、励起ユニット（１０１〜１０３）に接続されており、前記各インダクタ（１）の軸線は、互いに、主巻線部（２）の直径（Ｄ）またはインダクタ（１）の長さ（ｌ）のいずれか大きい方に応じて、前記主巻線部（２）の直径（Ｄ）または前記インダクタ（１）の長さ（ｌ）の値の５倍未満の間隔（ｄ）を有しており、
   少なくとも１つのインダクタ（１，１ａ，１ｂ）において、前記主巻線部（２）の両端部に、前記第１の巻き方向とは反対の巻き方向を有する逆巻線部（３，４）が接続されている、
   インダクタアッセンブリ（１００）。
2. 少なくとも１つのインダクタ（１，１ａ，１ｂ）において、前記主巻線部（２）は、少なくとも１つの逆巻線部（３，４）より多い巻き数を有することを特徴とする、請求項１記載のインダクタアッセンブリ（１００）。
3. 少なくとも１つのインダクタ（１，１ａ，１ｂ）において、前記逆巻線部（３，４）と前記主巻線部（２）とは、互いに同心に配置されており、ともに柱状の形状を呈することを特徴とする、請求項１または２記載のインダクタアッセンブリ（１００）。
4. 少なくとも１つのインダクタ（１，１ａ，１ｂ）において、前記主巻線部（２）は、前記逆巻線部（３，４）に直列接続により互いに直接接続されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のインダクタアッセンブリ（１００）。
5. 少なくとも１つのインダクタ（１，１ａ，１ｂ）において、前記主巻線部（２）は、少なくとも１つの逆巻線部（３，４）とともに螺旋形に構成されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のインダクタアッセンブリ（１００）。
6. 少なくとも１つのインダクタ（１，１ａ，１ｂ）において、少なくとも１つの逆巻線部（３，４）は、少なくとも前記主巻線部（２）と同じか、またはそれよりも大きい直径を有することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のインダクタアッセンブリ（１００）。
7. 少なくとも１つのインダクタ（１，１ａ，１ｂ）において、一方の逆巻線部（４）は、フィード導体（８）に、他方の逆巻線部（３）は、インダクタ部分（９）を介して前記リターン導体（１０）に接続されており、前記インダクタ部分（９）は、前記リターン導体（１０）の延在方向に対して略垂直に、かつ前記主巻線部（５）の外を延びることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のインダクタアッセンブリ（１００）。
8. 少なくとも２つのインダクタ（１）の端子（１１，１２）は、一つの接続平面（ｅ）内に配置されており、かつ少なくとも２つのインダクタ（１）の前記主巻線部（２）は、前記接続平面（ｅ）に対して同じ間隔を置いて配置されていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載のインダクタアッセンブリ（１００）。
9. 少なくとも２つのインダクタ（１）の端子（１１，１２）は、一つの接続平面（ｅ）内に配置されており、かつ少なくとも２つのインダクタ（１）の前記主巻線部（２）は、前記接続平面（ｅ）に対して互いに異なる間隔を置いて配置されていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のインダクタアッセンブリ（１００）。
10. 隣り合うインダクタ（１，１ａ，１ｂ）に配設された前記励起ユニット（１０１〜１０３）は、前記隣り合うインダクタ（１，１ａ，１ｂ）が互いに異なる周波数で動作するように構成されていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載のインダクタアッセンブリ（１００）。
11. 一方の前記励起ユニットの周波数は、他方の前記励起ユニットの周波数の２倍であることを特徴とする、請求項１０記載のインダクタアッセンブリ（１００）。
12. 一方の前記励起ユニットの周波数は、他方の前記励起ユニットの周波数の２倍より大きいことを特徴とする、請求項１０記載のインダクタアッセンブリ（１００）。
13. 一方の前記励起ユニットの周波数は、他方の前記励起ユニットの周波数の３倍より大きいことを特徴とする、請求項１０または１２記載のインダクタアッセンブリ（１００）。
14. それぞれ別々の励起ユニット（１０１〜１０３）に接続されている複数のインダクタ（１，１ａ，１ｂ）を有する、請求項１から１３までのいずれか１項記載のインダクタアッセンブリ（１００）を用いて複数の対象物を誘導加熱する方法であって、第１の励起ユニット（１０１〜１０３）を第１の周波数で運転し、第２の励起ユニット（１０１〜１０３）を前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で運転することを特徴とする、複数の対象物を誘導加熱する方法。

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